一种基于点源源谱和河道水质信息的未知污染源解析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于点源源谱和河道水质信息的未知污染源解析方法，其步骤如下：步骤1：在目标河段中，利用水质模型正向模拟分析河段中已知点源源谱在目标断面形成的水污染成分谱；步骤2：将目标断面的水质监测数据代入污染来源解析算法，得到目标断面的各污染来源及其成分谱；步骤3：将步骤2所得各污染源的成分谱与步骤1所得点污染源在目标断面的成分谱相比较，找出污染因子差异；步骤4：根据地区特征与水化学先验知识，判定污染因子差异的来源，对未知污染源进行归纳与命名；步骤5：将各水质信息归入地方水质信息库。本发明专利技术基于点源源谱和河道水质数据，获取未知污染源源谱，使其具有成本低、信息量大、可操作性强和准确性高等特点。特点。特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点源源谱和河道水质信息的未知污染源解析方法
(一)所属

[0001]本专利技术涉及一种基于点源源谱和河道水质信息的未知污染源解析方法，属于生态环境保护与水环境监管领域，对于水环境监管与治理、水污染突发事件决策的制定具有非常重要的意义。
(二)
技术介绍

[0002]近年来，许多地区以牺牲环境为代价大力发展经济，工业生产的污水、生活污水与农业面源污染，直接排入地表径流，使得有限的淡水资源被大量污染，引发了水质性的缺水问题。工农业开发、城市扩张等活动也使水体中污染物的种类和来源愈发复杂，加深了水环境的破坏程度，增大了污染管控的难度。
[0003]如果说企业和政府许可的规范排污尚且在可控范围内，那未知污染来源就很难实现溯源和追责了。因此，获取这些未知的污染信息就显得尤为重要。进一步建立水质、点污染源、未知污染源于一体的数据库，可以有效针对各个河段特点进行污染管控，也可以在发生污染事故后，将受纳水体的水质信息与污染源数据库进行比对来排查问题所在。理论上各类可以表征水质信息的物种都可以用于构建数据库，例如色度、浊度、pH值、电导率、溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、总氮、总磷、氨氮、砷、粪大肠杆菌、特征污染物等。表征水质的指标越多，包含的水质信息也就越多，对于后期所需的溯源工作展开也就越有利。可以直接采集样品的点污染源的污染信息相对来说比较容易获取，但是未知污染的信息获取是一大挑战，需要通过一定的技术手段来实现。
(三)
技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种河道未知污染信息的获取方法，基于已知点源源谱和河道水质数据，获取未知源源谱，使其具有成本低、信息量大、可操作性强和准确性高等特点，且后续的数据库建立意义重大，有利于该区域水污染长期治理工作的开展。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种基于点源源谱的河道水质信息的未知污染源信息的获取方法，其特征在于：
[0007]所述河道未知污染信息的获取依赖于该区域河道点源污染信息及河道水质信息，为方便管理及后续水环境管理工作的开展，可以建立河道水质信息库。
[0008]所述数据库包括河道点污染源基本信息库、未知污染源基本信息库和水质数据库。河道点污染源基本信息库的建立需要经过河道实地调研，获取河道污染源名称、污染排放量与周期、污染排放口地理位置、污染来源主要产品等信息，采集污染排放口附近的废水样品并使用国标法检测水样的pH值、浊度、电导率、溶解氧、生化需氧量、总氮、总磷、氨氮、铜、汞、镍、氟化物和粪大肠杆菌数，或根据污染源的类型选择性检测特征污染物。
[0009]本专利技术所述未知污染源基本信息库的建立方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
[0010]1)在目标河段中，利用水质模型正向模拟分析河段中已知点源源谱在目标断面形
成的水污染成分谱；
[0011]2)将目标断面的水质监测数据代入污染来源解析算法，得到目标断面的各污染来源及其成分谱；
[0012]3)将2)所得各污染源的成分谱与1)所得点污染源在目标断面的成分谱相比较，找出污染因子差异；
[0013]4)根据地区特征与水化学先验知识，判定污染因子差异的来源，对未知的污染源进行归纳与命名；
[0014]5)将未知污染源的信息录入未知污染源基本信息库。
[0015]本专利技术相对于现有技术具有以下优点及突出性的技术效果：
[0016](1)利用技术手段而非传统的仪器监测手段解析河道未知污染源信息，在保证获取信息的准确性同时又具有工作量小、成本低，有利于大范围推广等优点。
[0017](2)为保证污染来源解析与已知污染源比对结果的正确性，考虑了各点源所排放污染物在传输过程中会发生变化，引入了正向扩散模型。
(四)附图说明
[0018]图1为本专利技术提供的河道未知污染源信息获取及后续水污染数据库建立方法流程图。
[0019]图2为本专利技术提供的河道概化示意图。
(五)具体实施方式
[0020]本专利技术提供的基于点源源谱和河道水质数据获取河道未知污染源信息方法，需要先获取河道点源信息及河道水质数据。河道点污染源信息库包括污染源名称、地理位置、主要产品、企业处罚记录、联系人和法人；水质数据库包括水样的pH值、浊度、电导率、溶解氧、生化需氧量、总氮、总磷、氨氮、铜、汞、镍和氟化物；水质数据还可以根据实际情况添加“国家综合排污标准(GB8978
‑
1996)”和“国家地表水环境质量标准GB3838
‑
2002”中的污染物指标；未知污染源基本信息库包括污染源名称，地理位置范围，时间性特征。
[0021]所述河道点污染源信息库要求先对河道周边企业污水排放口及集中型生活污水、农业废水排放口进行调研，在采测点使用专业采样器进行采样。同时收集污染源的基本信息如地理位置、形成原因等，对于后续数据库的使用能够提供很大的便利，能够成为污染源识别的辅助工具。
[0022]采集到水体样品后，先使用便携式监测设备对采测点的水质进行监测，指标包括温度、气压、pH值、溶解氧含量、电导率；之后使用ICP
‑
MS法对样品中金属元素进行提取，使用液液萃取
‑
GC
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MS法对有机物信息进行提取，使用离子色谱法对阴离子信息进行提取。将样品检测得到的化学指纹收入水质数据库。
[0023]建立好河道点污染源基本信息库以及点污染源的水质数据库后，再使用技术手段得到未知污染源基本信息及其水质数据。
[0024]对河流而言，污染源解析的受体是受纳水体的目标断面，污染源是目标断面上游所有的污染排放，解析的是具体污染源而不是污染源类对受体的贡献。考虑到之后工作中未知污染源解析的准确性，本专利技术将距离目标断面一定距离的某个上游断面作为初始输入
源，其他污染源均是该上游断面到目标断面之间的所有污染排放，即前期采样得到的点污染源。
[0025]对于大多数内陆河流，深度和宽度相对于长度非常小，排入河流的污水在很短距离内便可在断面上混合均匀，所以绝大多数的河流水质计算可简化为一维水质问题。一维水质模型适用于符合一维动力学降解规律的一般污染物，如氰、酚、有机毒物、重金属、生化需氧量、化学需氧量等单项指标的污染物。所有水体中的物质是相对保守的或者所有物质是按照一定的规律衰减，保证污染物质在水体中的扩散速度与污染物浓度呈正比关系。同时假设流体是不可压缩的、均质的流体；流态是一维的；河床坡降小、纵向断面变化幅度小；符合静水压力假设。
[0026]水质正向模拟算法由非恒定流圣维南(Saint
‑
Venant)方程组和对流扩散方程构成。其中描述一维非恒定水流运动规律的控制方程组为圣维南方程组，由质量守恒的连续性方程和能量守恒的动量方程组成，算法如下：
[0027][0028]式中：Q为流量(m3/s)；A为过水断面面积(m2)；q为侧向入流(m3/s)；x为距离坐标(m)；t为时间坐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点源源谱和河道水质信息的未知污染源解析方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：在河道实地调研沿岸污染源名称、污染排放量与周期、污染排放口地理位置、污染来源主要产品等信息，采集排污口附近的废水样品并使用国标法检测水样的pH值、浊度、电导率、溶解氧、生化需氧量、总氮、总磷、氨氮、铜、汞、镍、氟化物和粪大肠杆菌数，或根据污染源的类型选择性检测特征污染物；步骤二：利用水质模型正向模拟分析已知点污染源的变化规律，设置降解因子，模拟形成各个点源经过物理、化学和生物降解作用与扩散后在目标断面的污染源成分谱；水质模型正向模拟算法由非恒定流圣维南方程组和对流扩散方程构成，算法如下：式中：Q为流量(m3/s)；A为过水断面面积(m2)；q为侧向入流(m3/s)；x为距离坐标(m)；t为时间坐标(s)；h为水位(m)；R为水力半径(m)；C为谢才系数；α为动量修正系数；g为重力加速度(m/s2)；描述物质在水体中的变化用一维对流扩散方程表示：式中：Q为流量(m3/s)；A为过水断面面积(m2)；q为侧向入流(m3/s)；x为距离坐标(m)；t为时间坐标(s)；C为物质浓度(mg/l)；D为河道纵向扩散系数(m2/s)；K为污染物线性衰减系数；C2为污染物源汇浓度(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冠华，李安琪，景贵飞，李智峰，田晨，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：